科技領域教學系列十七:認識工程積木模型套件 - 攝影鏡頭的小球探測

科技領域教學系列十七:認識工程積木模型套件 - 攝影鏡頭的小球探測

▲(圖/翻攝自智慧機器人網,下同)

文 / 楊晴心

教育部宣布自108年起課綱將從原由的七大領域增加為八大領域,也就是增開了「科技領域」這個新領域,以因應未來科技主導的時代。但很多家長會問什麼是科技領域?學生們又該學什麼?師資足不足夠?這一連串的問題已普遍在國內教育圈彌漫起來。

108年課綱中改變最大的是國中及高中職新增了程式設計這門課程,而國小則著重於生活科技的認識,為深入探討這個新領域,智慧機器人網與從事科技領域教學二十多年的宋德震老師合作,將從簡易的模型套件、基礎程式設計,甚至即將面臨的工業4.0時代的相關資訊,智慧機器人網將有系統的完整報導,讓學生們充分理解他們所要面臨的科技時代。

慧魚工程積木於1964年誕生於德國,是目前歐美日普遍運用於國中小淺易入門的基礎程式設計課程教具,是技術性很高的工程技術類積木。

慧魚工程積木的主要部件採優質尼龍塑膠製造,尺寸精確,不易磨損,可以保證反覆拆裝的同時不影響模型結合的精確度;構件的工業燕尾槽專利設計使六面都可併接,獨特的設計可實現隨心所欲的組合與擴充。

利用工業標準的基本構件(機械元件、電氣元件與氣動元件),輔以控制器和編程軟體,運用設計構思和實驗分析,可以實現任何技術過程的還原。

慧魚工程積木更涵蓋了機械、電子、控制、氣動、汽車技術,能原技術和機器人等多層技術領域。

認識慧魚工程積木套件:

《攝影鏡頭的小球探測》

1. 功能介紹

這個功能被稱為小球探測器,但它也可以探測圓形以外的形狀。 該功能可以查找與背景色不同顏色的物件。 當它定位一個到物件時,它提供對比度、X軸和Y軸座標及物體尺寸這四個屬性。

實驗元件:

將15mm的紅色構建塊安裝在底板的 C12、 F12 和 E9槽中:

組裝好轉盤並安插到底板上的3個構建塊上:

將2個點榫鍵安置到底板的 J9 和 K9 槽中:

在點榫鍵上滑入30mm的黑色構建塊:

組裝帶有蝸杆軸的電機齒輪箱:

滑動電機齒輪箱,確保其上連接的蝸杆與轉盤接觸:

如上圖所示,將電機連接到TXT控制器上的M1輸入端。

製作背景:用30mm的構建塊製作兩個「L」型的支架,在中間插入一張單色的紙張作為背景:

製作立架:使用60mm的金屬軸,將其放在筒夾和輪轂螺母之間,然後擰緊使其相對固定:

在另一端,用同樣的方法固定好筒夾和輪轂螺母,注意在末端流出一定的空間:

這個結構將作為放置乒乓球的支架使用:

你的整體測試環境應該如下圖這樣佈置:

下面開始攝像頭的配置:

在軟體中新建一個程式,打開攝像頭視窗。 點擊左上角的「感應器域」,在下面的程式模組中選擇小球探測模組:

按一下「小球探測」模組後,滑鼠形狀變為筆形,現在在視頻監控視窗中繪製監測區域,可以拖動監測區域框四周的錨點以改變形狀,確定形狀後,滑鼠點擊監測區域以外的地方以確定設置,滑鼠變回游標形狀:

本例中需要一個較大的矩形監測區域,之後按右鍵監測區域彈出屬性設置面板:

通過該屬性面板中的設置,我們可以告訴電腦要去尋找的物件:

可以給該探測地區設定一個唯一的名稱,方便在程式中調用其屬性;

之後「Ball detection(球探測)」屬性中可以設置「Minimum color contrast(最小顏色對比度)」,這個對比對是指被監測物件的顏色與背景色的對比度;

「Minimum size(最小尺寸)」和「Maximum size(最大尺寸)」是設置要監測的物體的尺寸範圍,對於最大尺寸,設定要合適,不能太大,否則處理會非常耗時,還可能會識別到一些不是目標物件的物體。 同時,對於最小尺寸也不能設置的太小。 最好的辦法是在攝影鏡頭監測區域內測量物體的尺寸,然後減去或加上尺寸的20%作為最小尺寸和最大尺寸;

之後的「Result coordinates(監測區座標)」屬性中可以設置監測區域的刻度範圍,分別可以設置X軸和Y軸的最大和最小座標值以及網格間距。

之後勾選「即時預覽」核取方塊。 在視頻視窗中將顯示攝影鏡頭拍攝到的畫面,你將看到電腦識別到了攝影鏡頭前的乒乓球(識別到時會有一個綠色的圓圈實線)。

上圖中Contrast(對比度)值是55。 Position(位置)值是15 75,這個值中間有一個空格,空格前的15表示球的中心在X軸方向上的刻度,後面的75表示球的中心在Y軸方向上的刻度。 Size(尺寸)值是小球在網格座標下的半徑。

在上面的視圖中,我們看到小球的頂部超出了網格區域,那麼現在我們調整一下監測區域的位置,使小球能完全的顯示在網格區域內部:

2.     程式測試

3.     切換到程式設計介面,從「輸入,輸出」子分類中拖拽「攝影鏡頭輸入」和「面板顯示」模組到程式視窗中:

4.     從操作模組下的「顯示」子分類中,拖拽一個「文本顯示」模組到程式視窗中:

5.     複製上面的三個模組如下:

6.     按右鍵每一個「攝像頭輸入」模組,在其屬性面板上,為其指向小球物件的每一個屬性:

7.     按右鍵每一個「文本顯示」模組,為其設置相應的命名,並修改預設的文字顯示:

8.   之後,按右鍵每一個「面板顯示」模組,將其指向對應的「文本顯示」模組:

9.   接下來,拖拽流程線將程式修改成如下的樣子:

10.   從「操作模組」分類中拖拽一個「Camera viewer(攝影鏡頭檢視器)」模組到程式設計介面中,然後點擊運行該程式,這時我們在程式介面中可以看到拍攝到的畫面以及監測到的小球的各個屬性值:

11.   移動支撐小球的支架,同時觀察程式中的那幾個屬性值發生了變化:

接下來我們進一步修改這個程式,使其功能更完善:

拖拽「起始」模組和「馬達輸出」模組到程式視窗中:

從「變數、計時器...」子分類中,拖拽1個「常量」模組到程式視窗中:

從「分支、等待...」子分類中,拖拽「等待...」和「帶資料輸入的分支」模組到程式視窗中:

從「操作模組」中的「控制模組」子分類中,拖拽「按鈕」模組到程式視窗中:

從「輸入輸出」子分類中,拖拽「面板輸入」模組到程式視窗中,並在其屬性面板中設置指向 「按鈕」模組:

從「運算子」子分類中,拖拽「算數運算子」模組到程式視窗中:

複製模組,修改相應的屬性,將上面這些模組組織成下面的程式顯示:

上面這個程式是一個追蹤程式,如果小球的擺放位置不是在攝像頭的正前方,那麼攝像頭會調整方向以保證讓小球在自己的正前方。

試著用手移動小球的支架,攝影鏡頭也會跟隨的小球的移動方向移動。 如果你發現攝影鏡頭的移動方向有誤,請在TXT控制器上的M1埠調換電機的接線。 如果攝影鏡頭的移動太快,甚至出現過度糾偏的情況,那麼你可以嘗試將電機的速度從8改為4或者3,減低速度攝影鏡頭的移動會更穩定準確。

下面我們學習如何遮罩畫面中的部分顯示區域,當我們構建實驗模型時,有時模型的顏色可能會分散程式的注意力。 要從視圖排除掉一個可能造成干擾的區域,只需要使用攝像頭中的一個「區域排除」功能即可。

現在關閉到程式,切換到「攝影鏡頭」視窗中,勾選「即時預覽」核取方塊,然後按一下左上角的「Sensor fields(感應器域)」,在左下側的感應器種類中,左鍵按一下「Exclusion object(排除物體)」模組:

之後在攝影鏡頭視窗裡拖拽一個矩形區域,如下圖所示,畫面中底部的白色區域與背景色有較大的差異,那麼我們把底部的這個區域排除掉:

確定該排除區域後,按右鍵該區域,在其屬性面板中為其設置一個唯一的名稱「Bottom」:

之後,我們再次選擇小球探測區域,在其屬性面板中,我們將「Exclusion area(排除區域)」的值指向「Bottom」:

設置好後,再次運行該程式 ,由於設置了排除區域,因此電腦將不再被不同的顏色「分心」。

12.   實驗

描述你如何看待電腦使用顏色對比度來定位球。

嘗試使用一個塊狀物體來代替乒乓球,程式能夠識別到塊狀物體麼?

科技領域教學系列:

科技領域教學系列一:認識工程積木模型套件

科技領域教學系列二:認識工程積木模型套件

科技領域教學系列三:認識工程積木模型套件

科技領域教學系列四:認識工程積木模型套件-組裝範例

科技領域教學系列五:認識工程積木模型套件-變速器

科技領域教學系列六 :認識工程積木模型套件 - 模擬感測器【 NTC 熱敏電阻】

科技領域教學系列七:認識工程積木模型套件 - 模擬傳感器【超聲波傳感器】

科技領域教學系列八:認識工程積木模型套件 - 模擬傳感器【電位器】

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科技領域教學系列十一:認識工程積木模型套件 - 數字傳感器【光敏電阻】

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科技領域教學系列十三:認識工程積木模型套件 - 數位感應器【行程開關】

科技領域教學系列十四:認識工程積木模型套件 - 類比感應器【顏色感應器】

科技領域教學系列十五:認識工程積木模型套件 - USB攝像頭的基本介紹

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